基于脈沖序列控制技術(shù)的降壓型開關(guān)電源

引言

　　近年來(lái)， 隨著電子技術(shù)和信息技術(shù)迅速發(fā)展，開關(guān)電源成為了電子工程領(lǐng)域應(yīng)用和研究的熱點(diǎn)。與線性電源相比， 開關(guān)電源在效率、功率密度、成本等方面顯示出了明顯的優(yōu)勢(shì)， 目前已經(jīng)成為主要的DC-DC變換設(shè)備。對(duì)開關(guān)電源控制技術(shù)的研究也已成為電力電子技術(shù)領(lǐng)域中最為活躍的部分。

　　脈沖序列控制（ Pulse T rain M， PT ） 是一種新型定頻、非線性的電源控制技術(shù)。該技術(shù)利用脈沖控制器，根據(jù)開關(guān)電源的工作狀態(tài)， 按照一定規(guī)律通過(guò)高能量脈沖和低能量脈沖組成的脈沖序列對(duì)主電路進(jìn)行控制。與傳統(tǒng)的PWM 控制不同， PT 控制系統(tǒng)沒(méi)有延遲環(huán)節(jié)， 對(duì)變換器輸入端或輸出端出現(xiàn)的擾動(dòng)具有較快的響應(yīng)速度。

　　1  PT 工作原理及調(diào)制特性

　　1. 1  PT 控制的工作原理

　　PT 控制技術(shù)通過(guò)在兩級(jí)固定占空比的高、低能量脈沖中進(jìn)行選擇， 控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)變換器輸出電壓的調(diào)節(jié)。如果輸出電壓Uo 低于基準(zhǔn)電壓Uref , 控制器將連續(xù)產(chǎn)生高能量脈沖PH 直到輸出電壓達(dá)到基準(zhǔn)電壓值， 高能量脈沖的占空比為DH ; 如果輸出電壓Uo 高于基準(zhǔn)電壓Uref , 控制器將連續(xù)產(chǎn)生低能量脈沖PL 以降低輸出電壓， 低能量脈沖的占空比為DL （ DL< DH ） .由于高能量脈沖導(dǎo)通時(shí)間比低能量脈沖導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)， 因此高能量脈沖作用的周期內(nèi)將有更多的能量傳遞至負(fù)載端。圖1（ a） 和圖1（ b） 分別顯示了PT 控制Buck 變換器結(jié)構(gòu)圖和PT 控制原理示意圖。

　　本文以PT 控制技術(shù)應(yīng)用于斷續(xù)導(dǎo)電模式（ Discont inuous Conduction Mode, DCM） 的Buck 變換器為例進(jìn)行研究。采用斷續(xù)導(dǎo)電模式的優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)管的零電流導(dǎo)通和二極管的零電流關(guān)斷。從而減少了開關(guān)損耗和電磁噪聲。高能量脈沖和低能量脈沖的占空比之間的比值k （ k= DH / DL ） 由變換器輸出電壓紋波和功率調(diào)節(jié)范圍折衷確定。

　　圖1（ b） 顯示了PT 控制開關(guān)變換器的輸出電壓和電感電流波形。由于在MOSFET 開關(guān)管導(dǎo)通期間電感電流線性增長(zhǎng)， Buck 變換器在高能量脈沖周期內(nèi)開關(guān)管電流的平均值為：

　　則PH 控制的一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)從變換器輸入端獲得的能量為：

　　式中， T 為變換器的開關(guān)周期。

　　同理， 在一個(gè)低能量脈沖周期內(nèi)從變換器輸入端獲得的能量為：

　　由式（ 1） 和（ 2） 可知： 低能量脈沖周期內(nèi)變換器傳遞的能量為高能量脈沖周期的1/ k2 .由于高、低能量脈沖周期相同， 故變換器的開關(guān)頻率是固定不變的。

圖1  PT 控制電路及原理示意圖